轴承制作关键技术

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现代仿真技术随着计算机的广泛应用而迅速发展。该技术的具体做法是将某应用工况下轴承的载荷方向、大小、润滑方式，旋转速度及环境参数，以及轴承主参数等同时输入计算机，通过演算，了解轴承可能达到的寿命，从而评价轴承设计是否合用。这种试验方法可以大幅度缩短试验时间，减少人力和试验资金，可以在轴承未制造完成之前，预先知道其应用效果，是一种又快又省心的试验方法。国外先进轴承工业公司SKF、NTN在轴承仿真试验技术的研究达到先进水平。

    国内外发展趋势

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    目前，国内外轴承试验方法，主要有四种：一、摩擦磨损试验，二、试验台架试验，三、试验室（试验场）模拟试验，四、实际工况运行试验。国外对上述几种试验方法均有使用，但应用目的不一样，例如，开发一种全新的产品，首先须做摩擦磨损试验。但如果磨擦磨损形式无多大变化，仅产品尺寸、受载工况变化，则仅需做台架、模拟或实际运行试验即可。国外对一些关键部位的新产品（如轿车轮毂轴承等）考核极为严格，必须经实际运行试验，才能获准进行配套使用。瑞典SKF、日本NTN新近研究轴承仿真试验技术、只能替代台架、模拟或实验，以缩短产品设计的时间，加快产品开发的进度，但距实际运行情况还有所差距。现在，我国轴承行业已开展摩擦磨损试验的，只有洛阳轴承研究所一家；已开展轴承台架试验的，有洛阳轴承研究所、上海轴研所、杭州轴承试验中心和瓦房店、哈尔滨等20余家国有轴承企业；可以展开模拟试验的有洛阳轴承研究所、杭州轴承试验中心以及洛轴、襄轴等企业。而要实际进行试验，只有在配套主机企业提出此方面要求时轴承生产企业才予以进行，如铁路客车轮对轴承及小轿车的轮毂轴承等。总之，国内在开展模拟和实际运行试验方面还不广泛，应进一步扩大主机范围或实际工况范围，为仿真试验早日提到日程作好充分的软、硬件准备。

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    主要研究内容和目标

    为了进行仿真试验，需先对一些代表性类型的典型产品进行台架或模拟试验，找出寿命与承载、工况之间的函数关系，而后利用这种关系，通过计算机进行轴承设计和试验工作，这通常只是针对那些极为重要的产品才进行的试验。根据我国现有能力，今后十年主要目标是对铁路车辆轴承、汽车轮毂轴承以及高速度磨床主轴轴承进行仿真试验研究，并逐渐具备一定的仿真试验条件。研究内容如下：

    1.在铁路车辆、汽车轮毂、机床主轴的模拟试验设备上建立仿真系统。

    2.通过典型试验数据找到铁路、车辆、汽车轮毂、磨床主轴轴承的数学模型。

    3.编制计算机仿真系统软件。

    润滑技术

    技术概要

    滚动轴承在运动中由于阻力使轴承不断磨损而失效，润滑脂（油）和润滑方式的不同，对降低轴承摩擦磨损效果不同。因此润滑技术已成为轴承技术研究的重要组成部分。有人把润滑脂（油）称为“轴承的第五个零件”（其他为内圈、外圈、滚动体、保持架）。

    阻碍滚动轴承旋转的阻力由滚动磨擦、滑动磨擦和润滑剂磨擦组成。当滚动体在滚道上滚动时会出现滚动磨擦；滑动磨擦出现在保持架中滚动体的引导面上、保持架的挡边引导面上以及滚子轴承中滚子端面和套圈挡边上。润滑剂磨擦则由润滑剂在接触处的内部磨擦以及润滑剂的搅拌和挤压所组成。一套轴承的总磨擦即滚动磨擦、滑动磨擦和润滑剂磨擦的总和就是阻抗轴承运动的阻力。研究润滑技术的任务就是开发不同润滑脂（油）及其润滑方式，使其轴承阻力最小，寿命最长。

    国内外发展趋势

    国外先进工业国家，对常见工况下的轴承润滑脂（油），技术和生产上已完全过关，已形成系列品种和批量生产能力，当前主要趋势是研究提高一些特殊情况下润滑脂的性能，如正在研究提高宇航用全氟醚润滑脂的真空稳定性，爬移性以及粘温性能等；又如低温脂，虽在应用中有较好效果，但其润滑机理未能有很好的理论阐述。再如，研究在高温（200-4000C）下使用气态润滑剂的研究等。我国当前轴承润滑的研究任务极重，如果经费允许，应重点解决以下几个问题：其一，提高现有密封轴承润滑脂在常温环境下的使用寿命；其二，提高低噪声轴承润滑脂振动性能；其三，研究开发常见工况下轴承润滑脂新品种，填补国内空白。

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    主要研究内容和目标

    根据我国轴承润滑脂与国外的差距，今后十年润滑脂的研究内容与目标是：研究提高润滑脂寿命的途径，对家电用密封轴承（如洗衣机、吸尘器、计算机、空调器等）和难以进行维修或拆卸对运行精度构成破坏部位的密封轴承（精密机床主轴、精密仪表转轴、深水作业机械传动系统等），使其所用润滑脂寿命等同于机械寿命；研究润滑脂降噪性，使低噪声轴承（v3/z3、v4/z4等）取得降噪值达3-5dB以上；研究开发15-20个润滑脂新品种，形成我国轴承润滑脂系列的基本格局。其中高温、常温、低温等约8-10个品种，一般中等或极高水平的电机轴承润滑脂5-8个品种以及航天航海等特种工况下轴承润滑脂5-8个品种。

    密封技术

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    技术概要

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    新近发展的滚动轴承，在两端面都安装有相应的密封装置。其作用一方面是保护轴承内部的润滑脂（油）在使用中不会流失，保证轴承处于润滑状态；另一方面是保护轴承，使外界的尘埃或有害气体不会进入轴承内腔，以免对轴承造成损伤。常见的有橡胶或工程塑料的密封圈，也有钢板冲制的密封圈（或称防尘盖）。密封结构多种多样，密封的效果不一样。密封圈与轴承之间有间隙的，称非接触式密封，间隙越小，密封效果越好，但允许轴的转速面积越小；密封圈与轴承之间无间隙的，称接触式密封，密封圈接触唇的接触面积越大，密封效果越好，但允许轴的转速越小。密封技术主要是研究开发应用于不同工况下的相应密封装置，以及该密封圈材料与相应润滑脂的共融性等。

    国内外发展趋势

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    日本的几大轴承公司（精工、东洋等）代表了轴承密封技术发展的方向。他们在开发密封技术发展方向和轴承装置技术方面历史较早，研究有深度，目前密封技术较为成熟。从单密封唇发展到多密封唇，从接触式密封开发出非接触密封等；从产品类型看，球轴承、滚子轴承均有。我国跟随国际发展趋势，也开发出了具有密封圈的深沟球轴承、水泵轴承、铁路（圆锥滚子）轴承、滚针轴承以及短圆柱滚子轴承几大类轴承，其中深沟球轴承产量最大，应用面最广。根据国家技术监督局近期对我国密封轴承质量检测结果来看，我国密封轴承结构设计问题较大，密封效果不好，漏脂现象较严重，用户反应强烈。经分析，主要的原因是我国现行的密封圈设计结构不合理，内圈不带密封槽，再加上制造精度不高等。因此，我国轴承密封技术今后发展的趋势是：以深沟球轴承为代表，开展密封技术试验，寻找最佳密封圈结构和最佳密封间隙；开展密封材料研究，寻找耐磨损，耐老化，耐高温及抗腐蚀的材料，为提高接触式密封寿命，开发高温条件下或在有害气氛条件下工作的密封圈打下技术基础。

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    主要研究内容和目标

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    根据当前我国密封轴承质量低劣的现状，今后主要研究内容是：首先是加强研究试验，筛选出深沟球轴承的密封圈结构并开发相应轴承内圈密封槽结构，进行现行深沟还需轴承密封结构的更新换代，争取在2005年使该类轴承密封性能赶上国际20世纪90年代末同类产品的先进水平；其次是结合我国轿车工业的发展，开发适合于在120-1800C高温下长期工作的高温密封轴承；第三是以铁路车辆轴承为代表开发圆锥、圆柱滚子轴承系列用密封新结构。

    降噪技术

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    技术概要

    轴承噪声是环境的重要污染源，也是轴承行业需要控制的重要指标，特别是对家电，办公机械、仪器仪表用轴承噪声限值更为突出。近十多年，我国轴承行业在降低轴承噪声方面做了许多工作，使轴承降噪水平有很大提高，但是与国外相比，仍有一定的差距，用户反映突出的是“异音”问题，即轴承运转中出现一种不规则的突发声，甚至尖叫声。轴承噪声影响因素很多，也很复杂，需要从轴承的整体设计，轴承的每一个零件——内圈、外圈、保持架、滚动体和润滑油（脂）去分析研究，也需要从轴承每个零件所用的材料、加工工艺过程乃至工程中采用的设备、工艺材料等方面去分析研究。这是轴承噪声技术所涉及的基本内容。

    国内外发展的趋势

    技术的发展是无止境的，尽管国外先进的轴承公司（NSK、SKF等）轴承降噪水平已很高了，但仍提出进一步的发展方向，即向“静音”轴承发展，我国轴承产品今后十年在噪声技术方面发展趋势是：一是解决轴承的“异音”，二是使降振水平上一个新台阶，即赶上国外先进工业国家轴承的20世纪90年代末的水平。

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主要研究内容及目标

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    为了解决轴承“异音”问题和使降振水平上一个新台阶，在技术标准上增加控制振幅限值，因此，主要研究内容是提高滚动体表面和圈滚道的圆度，解决保持架与滚动体之间引导平稳性，同时降低润滑脂（油）的杂质颗粒度，与相应滚动表面接触亲合的均衡性。要求滚动体和滚道粗糙度控制度达0.001μm；润滑脂的杂质颗粒不大于0.01μm；提高保持架球窝真圆度，使保持架与滚动体之间的窜动量精度达0.01μm。